I. 快閃記憶體簡介
自2000年底Flash被發明和應用以來,快閃記憶被應用的頻率迅速增加。
最近十年來日益普及的行動電話、數位相機、PDA等都已廣泛利用快閃 記憶體作為永久性儲存記憶體。二十多年的發展過程中,快閃記憶體技 術經過了多次變革和發展。但其變化的總體趨勢一直都是:存儲容量越 來越大、資料讀寫速度越來越快、性能價格比越來越高。
II. 快閃記憶體分類
全球 Flash 記憶體的技術主要掌握在 AMD、ATMEL、Fujistu、Hitachi、
Hyundai、Intel、Micron、Mitsubishi、Samsung、SST、SHARP、TOSHIBA,
由於各自技術架構的不同,分為幾大陣營。
A. NOR
NOR 技術(亦稱為 Linear 技術)Flash 記憶體是最早出現的快閃記憶 體,目前仍是多數供應商支援的技術架構。與其它快閃記憶體技術相 比,具有可靠性高、隨機讀取速度快的優勢,因此適合用在儲存程式 碼。但由於 NOR 技術快閃記憶體的擦除和程式設計速度較慢,因此擦 除和程式設計操作所花費的時間很長,在純資料存儲和檔存儲的應用 中,NOR type 顯得相當弱勢。
B. DINOR
DINOR(Divided bit-line NOR)技術是 Mitsubishi 與 Hitachi 公司發 展的技術,DINOR 技術快閃記憶體和 NOR 技術一樣具有快速隨機讀取 的功能,按位元組隨機程式設計的速度略低於 NOR,而 block erase 速度快於 NOR flash。
C. NAND
NAND type 快閃記憶體 是由 Samsung、Toshiba 和 Fujitsu 共同推動。
這 種 結 構 的 Flash 適 合 於 純 資 料 儲 存 和 檔 案 儲 存 , 主 要 作 為 SmartMedia 卡、CompactFlash 卡、PCMCIA ATA 卡、SSD的存儲單 元,並成為 Flash Disk 的儲存核心。NAND type Flash 具有以下特點:
Block 為單位進行 erase,1 個 Block 為 4K、8K 或 16KB。,其 block erase 時間是 2ms;而 NOR 技術的 Block Erase 除時間達到幾百 ms。資料、
位址採用同一匯流排,實現串列讀取。隨機讀取速度慢。晶片尺寸小,
Pin 腳少,是成本最低的固態記憶體,將很快突破每百萬位元組 1 美 元的價格限制
D. UltraNAND
AMD 與 Fujitsu 共同推出的 UltraNAND 技術。它與 NAND 標準相容:擁 有比 NAND 技術更高的可靠性。儘管 UltraNAND 技術具有優勢,但在當 前的市場上仍以 NAND 技術為主流。
E. AND
AND 技術是 Hitachi 公司的專利技術。Hitachi 和 Mitsubishi 共同支 援 AND 技術的快閃記憶體。目前,在資料和檔案儲存領域中是另一種 佔重要地位的 flash 儲存技術。Hitachi 公司用該技術製造 128MB 的 MultiMedia 卡和 2MB 的 PC-ATA 卡,用於智慧型電話、個人數位助理、
掌上型電腦、數位相機、可擕式攝像機、可擕式音樂播放機等。
F. EEPROM 快閃記憶體
EEPROM 具有很高的靈活性,可以隨機讀寫(不需要擦除,可直接改寫 資料),但存儲密度小,單位成本高。
III. 快閃記憶體原理
Flash 是由 Memory cell 組合而成。依照不同的組合方式,可分成不同 的 Flash,如 Nand flash、Nor flash….。Flash cell 構造如圖表 36:
圖表 36 flash memory cell 構造圖
資料來源 : 請參考 reference[13]
A. Flash Programming
如圖表 37 所示,當要 program flash cell 時,將 Control Gate 上 的 VG 連接到一組高電壓(通常為 12V~20V),而 Basic Gate 的 Drain 極 接上一組低電壓(0~6V),由於壓差的關係使的電子突破穿隧氧化層,使 floating gate 可保持一個電壓 Vt,當平常不接電壓時由於 Floating gate 由絕緣層包裹起來,因此電子可以保存在 Floating gate 中,達到保存 電荷(資料)的目的
B. Flash Erase
如圖表 38: 當要 Erase flash cell 時,將 Control Gate 上的 VG 接 地,而 Basic Gate 的 Source 極接上一組高電壓(18~12V),由於壓差的 關係使的電子突破穿隧氧化層,使的 floating gate 中電子被釋放出來 達到 Erase 的目的。
圖表 38 flash memory Erase 示意圖
資料來源 : 請參考 reference[13]
圖表 37 flash memory 寫入示意圖
資料來源 : 請參考 reference[13]
C. Flash Read
如圖表 39: 當要Read flash cell時,將Control Gate上的VG接地,
而Basic Gate的Source極接上一組電壓(約 1V),如果Floating gate Vt 為High則Substrate 為P Type,因此可以偵測到電流。若Floating gate Vt為Low則Substrate 為N Type6
IV. 快閃記憶體技術瓶頸
,因此可以偵測不到電流。藉由偵測 Substrate的電流則可以讀出memory cell的值。
A. Endurance 及 Retention
影響快閃記憶體最重要的因素為 Endurance 及 Retention
Endurance : 指 Flash 的耐久度,即 Flash 的讀寫次數。一般 Flash 在讀寫次數超過定值後,會變成非常不穩定,甚至會影響資料的存 取。
Retention:指記憶體中資料保存的年限,通常規格為 10 年。
B. Read Write disturb
現象:快閃記憶體在偶然的機會下會造成 Access 不正確。
原因:
1. SILC(漏電流)。
2. CHE 應力。
6 N ,P type 為半導體的兩種架構,讀者可參考其他半導體理論的著作,再回頭來參考本文。
圖表 39 flash memory 讀取示意圖
資料來源 : 請參考 reference[13]
自 傳
我是以積極的態度來面對自己的人生,會努力的爭取所有的機會。
我來自中部彰化市,畢業於東海大學資訊系。家中人口簡單,生活 單純,父親從商,母親家管,家境小康。由於父母親對於女子的教育與 學習,總是有著相當的期盼,因此家中的孩子,總也不負父母的期望,
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從小我就對電子產品有濃厚的興趣,常常拆卸家中的電子產品並加 以重新組合,由於個人的性向所趨,父母也尊重我的想法,因此,我在 興趣與學習合而為一的理念下,便朝向與資訊有關的產業去學習。我大 學唸的是東海大學資訊科學與工程,主要的學習項目的大部分集中在資 訊產業有關知識上,由於學校對於基礎科學相當重視,因此我在相關課 程的基礎理論的專業知識,可謂相當紮實,這樣的經驗,讓我在面對不 同的工作環境與工作內容,都可以在最短的時間內上手。
在過去的職場經驗中,歷經兩年的 ERP 開發工程師,因此讓我熟悉 ERP 觀 念 與 系 統 開 發 流 程 ( 在 專 業 技 能 上 熟 JAVA,application server,database,JSP,three tier 架構)。另外我有 3 年的韌體工程師 經驗,專長在於以 RTOS 為平台的 Embedded 系統開發,開發的產品為 MFP。由於系統的需要,曾經接觸的部分有(DSP 影像處理,flash memory 韌體開發,ARM(ARM9,ARM7)的韌體開發,RTOS(Nucleus,threadx,File System,USB 韌體開發,MEMORY CARD 韌體開發)。
在這個瞬息萬變的產業中,保持彈性與充沛的精力,加上時時不停 學習的心,更是讓自己永不停頓的重要能源;在我的生命中,不斷的學 習更是挹注我生命成長的重要養份,由於有感於自己的能力與學歷的不 足,所以在 95 報考交通大學的資訊學院碩士在職專班。很幸運的以免 於口試的成績考上專班,並且請張立平教授擔任指導教授,從事跟工作 相關的研究,深刻的體會到學問與工作相互結合與驗證。
希望在機會來到時,我已經準備好了。